專利名稱：一種升降壓直流變換器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電カ電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種升降壓直流變換器控制方法。
背景技術(shù)：
升降壓變換器的輸入電壓可以大于、等于或小于輸出電壓，即變換器的輸入電壓可以在很大范圍內(nèi)變化，因此在新能源發(fā)電、エ業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的單開關(guān)管升降壓變換器包括Buck/Boost、Cuk、Zeta、Sepic等多種形式,但都存在著諸如開關(guān)管電壓/電流應(yīng)カ大、輸入輸出反極性、使用無源器件較多、變換效率低等缺點(diǎn)。附圖I所示的升降壓變換器由于具有輸入輸出電壓共地、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔、開關(guān)電壓應(yīng)力低、變 換效率高等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛的關(guān)注。附圖I所示的升降壓變換器共采用四個開關(guān)管(SI S4)，通過控制四個開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷變換器可以工作于升壓模式或降壓模式，理想情況下，四個開關(guān)管的占空比可以在0 I之間連續(xù)變化，因此輸出電壓連續(xù)可調(diào)，然而，實(shí)際開關(guān)管的開通和關(guān)斷都需要一定的時間，開關(guān)管的占空比無法從0 I之間連續(xù)變化，這導(dǎo)致升降壓變換器無法在升壓模式和降壓模式之間平滑切換。文獻(xiàn)“Lee Y. J.，Alireza K.，Arindam C.，et al. Digital combination of Buck ana Boost converters to control a positiveBuck-Boost converter and improve the output transientslJ」 IEEE Transactionson power electronics，2009，24 (5) :1267-1279 ，，和文獻(xiàn)“ Lee Y. J. , Alireza K.，AliE. . A compensation technique for smooth transitions in a noninverting Buck-Boostconverter [J]. IEEE Transactions on power electronics，2009，24 (4) :1002-1016 ，，研究了升降壓變換器過渡過程的實(shí)現(xiàn)方式和提高平滑過渡特性的補(bǔ)償措施，但控制算法非常復(fù)雜，文獻(xiàn)“任小永，唐釗，阮新波，等.一種新穎的四開關(guān)Buck-Boost變換器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28 (21) :15-19”在兩種模式的過渡過程中引入不調(diào)節(jié)的“濾波模式”，該模式下輸出電壓不可調(diào)節(jié)，不適合要求輸出電壓一直穩(wěn)定調(diào)節(jié)的應(yīng)用場合。文獻(xiàn)“肖華鋒，謝少軍.用于光伏并網(wǎng)的交錯型雙管Buck-Boost變換器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010，30(21) 7-12. ”提出了一種交錯型控制方法，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)不同工作模態(tài)的平滑切換，但電感電流紋波較大，導(dǎo)致電感體積較大、損耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有升降壓變換器控制方法的不足，提供ー種實(shí)現(xiàn)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)不同工作模態(tài)平滑切換且能夠改善變換器變換效率的升降壓直流變換器控制方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案ー種升降壓直流變換器控制方法，該控制方法基于實(shí)施的升降壓直流變換由輸入源(Vin)、第一至第四開關(guān)管(S1、S2、S3、S4)、電感(L)、濾波電容(Co)和負(fù)載(Ro)構(gòu)成，其中輸入源(Vin)的正極連于第一開關(guān)管(SI)的漏極，輸入源(Vin)的負(fù)極分別連于第ニ開關(guān)管(S2)的源極、第三開關(guān)管(S3)的源極、濾波電容(Co)的一端和負(fù)載(Ro)的一端，第一開關(guān)管(SI)的源極分別連于第二開關(guān)管(S2)的漏極和電感(L)的一端，電感(L)的另一端分別連于第三開關(guān)管(S3)的漏極和第四開關(guān)管(S4)的源極，第四開關(guān)管(S4)的漏極分別連于濾波電容(Co)的另一端和負(fù)載(Ro)的另一端；所述升降壓直流變換器控制方法如下第一開關(guān)管(SI)與第二開關(guān)管(S2)互補(bǔ)導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補(bǔ)導(dǎo)通，當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時，升降壓變換器工作于降壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第三開關(guān)管(S3)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小導(dǎo)通時間開關(guān)工作，當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時，升降壓變換器工作于升壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第一開關(guān)管(SI)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小關(guān)斷時間開關(guān)工作。進(jìn)ー步的，在升降壓變換器工作于降壓模式時，若第一開關(guān)管(SI)的關(guān)斷時間未 達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(Si)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(Si)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第一開關(guān)管(SI)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第一開關(guān)管(Si)的開通時間，若第一開關(guān)管(SI)的關(guān)斷時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(Si)的關(guān)斷時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，減小第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率，輸入電壓增加時，増加第一開關(guān)管(Si)的開關(guān)頻率。進(jìn)ー步的，升降壓變換器工作于升壓模式時，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間未達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第三開關(guān)管(S3)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第三開關(guān)管(S3)的開通時間，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開通時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，增加第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率，輸入電壓增加時，減小第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率。再進(jìn)ー步的，所述第一開關(guān)管(SI)和第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率均不大于設(shè)定的最大值且不小于設(shè)定的最小值。根據(jù)上述技術(shù)方案形成的本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)能夠很好的完成變換器的控制，使變換器穩(wěn)定工作于升壓或降壓模式；(2)能夠使得變換器在升壓模式和降壓模式之間平滑、無縫切換；(3)通過降低開關(guān)頻率的方式，能夠明顯改善變換器的變換效率；(4)控制簡單、易于實(shí)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)ー步說明本發(fā)明。圖I為升降壓變換器原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例升降壓變換器控制方法示意圖；其中，Vin為輸入電壓；V。為輸出電壓；Si、S2、S3、S4分別為第一、第二、第三、第四開關(guān)管山為電感；c。為濾波電容；R。為負(fù)載為第一開關(guān)管的開關(guān)頻率；Flniax、F一分別為第一開關(guān)管的最聞開關(guān)頻率和最低開關(guān)頻率；t1()ff為第一開關(guān)管的關(guān)斷時間，T1()ff—min為第一開關(guān)管的最小關(guān)斷時間ば3為第三開關(guān)管的開關(guān)頻率；F3max和F3min分別為第三開關(guān)管的最高開關(guān)頻率和最低開關(guān)頻率43。 為第三開關(guān)管的開通時間J3m niin為第三開關(guān)管的最小開通時間。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。參見

圖1，本發(fā)明升降壓直流變換器控制方法所針對的升降壓變換器由輸入源(Vin)、第一至第四開關(guān)管(Si、S2、S3、S4)、電感(L)、濾波電容(C。)和負(fù)載(R。)構(gòu)成。其中輸入源(Vin)的正極連于第一開關(guān)管(S1)的漏極，輸入源(Vin)的負(fù)極分別連于第二開關(guān)管(S2)的源極、第三開關(guān)管(S3)的源極、濾波電容(C。)的一端和負(fù)載(R。)的一端，第一開關(guān)管(S1)的源極分別連于第二開關(guān)管(S2)的漏極和電感(L)的一端，電感(L)的另一端分別連于第三開關(guān)管(S3)的漏極和第四開關(guān)管(S4)的源極，第四開關(guān)管(S4)的 漏極分別連于濾波電容(C。)的另一端和負(fù)載(R。)的另一端?；谏鲜錾祲褐绷髯儞Q器，本發(fā)明提供的控制方法的控制過程如下(I)第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補(bǔ)導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管
(S4)互補(bǔ)導(dǎo)通；當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時，升降壓變換器工作于降壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第三開關(guān)管(S3)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小導(dǎo)通時間開關(guān)工作；當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時，升降壓變換器工作于升壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第一開關(guān)管(S1)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小關(guān)斷時間開關(guān)工作。(2)升降壓變換器工作于降壓模式時，若第一開關(guān)管(S1)的關(guān)斷時間未達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第一開關(guān)管(S1)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第一開關(guān)管(S1)的開通時間；若第一開關(guān)管(S1)的關(guān)斷時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(S1)的關(guān)斷時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，減小第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率，輸入電壓增加時，増加第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率。(3)升降壓變換器工作于升壓模式時，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間未達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第三開關(guān)管(S3)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第三開關(guān)管(S3)的開通時間，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開通時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，增加第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率，輸入電壓增加時，減小第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率。在本發(fā)明的控制方法中，第一開關(guān)管(S1)和第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率均不大于設(shè)定的最大值且不小于設(shè)定的最小值。在本發(fā)明的ー個具體實(shí)施例中，升降壓變換器的輸入電壓范圍為IOV 60V，輸出電壓為24V ;第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)的最聞開關(guān)頻率為IOOkHz,最低開關(guān)頻率為10kHz，第一開關(guān)管(S1)的最小關(guān)斷時間為0.5us，第三開關(guān)管(S3)的最小開通時間為0. 5us。采用本發(fā)明的升降壓直流變換器控制方法的示意圖如附圖2所示。在本發(fā)明的控制方法下，升降壓變換器共有四種工作模式。(I)當(dāng)輸入輸出電壓關(guān)系滿足0. 95Vin > V。吋，第一開關(guān)管(S1)以最高開關(guān)頻率Flfflax = IOOkHz運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管的開通時間來穩(wěn)定輸出電壓，第三開關(guān)管(S3)以固定的最小開關(guān)頻率F3min = IOkHz和固定的最小導(dǎo)通時間T3m min = 0. 5us運(yùn)行；(2)當(dāng)0.95Vin = V。，第一開關(guān)管(S1)的開通時間達(dá)到最小關(guān)斷時間0. 5us，當(dāng)0. 95Vin < V。く Vin時，第一開關(guān)管(S1)以固定的最小關(guān)斷時間Tltjff min = 0. 5us運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率も來穩(wěn)定輸出電壓，第三開關(guān)管(S3)仍以固定的最小開 關(guān)頻率F3min = IOkHz和固定的最小導(dǎo)通時間T3m min = 0. 5us運(yùn)行；(3)當(dāng)Vin = V。時，第一開關(guān)管(S1)的開關(guān)頻率も達(dá)到最小開關(guān)頻率Flmin= IOkHz,當(dāng)VinSVt^ I. 05Vin時，第一開關(guān)管(S1)以固定的最小開關(guān)頻率Flmin= IOkHz和固定的最小關(guān)斷時間Tltjff min = 0. 5us運(yùn)行，第三開關(guān)管(S3)以固定的最小開通時間T3m min = 0. 5us運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率f3來穩(wěn)定輸出電壓；(4)當(dāng)V。= 1.05Vin時，第三開關(guān)管的開關(guān)頻率ち達(dá)到最高開關(guān)頻率F3max =IOOkHz,當(dāng)V。> I. 05Vin時，第一開關(guān)管(S1)仍以固定的最小開關(guān)頻率Flmin = IOkHz和固定的最小關(guān)斷時間T1()ff—min = 0. 5us運(yùn)行,第二開關(guān)管(S3)以固定的最聞開關(guān)頻率F3max =IOOkHz運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開通時間t3m來穩(wěn)定輸出電壓。通過上述工作過程可知由于設(shè)置了開關(guān)管的最小關(guān)斷、最小開通時間，所有開關(guān)管的占空比都是連續(xù)變化的，保證任意時刻輸出電壓都連續(xù)可調(diào)節(jié)，保證變換器在不同的工作模式之間平滑、無縫切換，且在輸入輸出電壓接近吋，開關(guān)頻率降低，從而減小變換器的開關(guān)損耗，提升變換器的效率。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.ー種升降壓直流變換器控制方法，該控制方法基于實(shí)施的升降壓直流變換由輸入源(Vin)、第一至第四開關(guān)管(SI、S2、S3、S4)、電感(L)、濾波電容(Co)和負(fù)載(Ro)構(gòu)成，其特征在于，所述升降壓直流變換器控制方法如下第一開關(guān)管(SI)與第二開關(guān)管(S2)互補(bǔ)導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補(bǔ)導(dǎo)通，當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時，升降壓變換器工作于降壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第三開關(guān)管(S3)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小導(dǎo)通時間開關(guān)工作，當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時，升降壓變換器工作于升壓模式，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率或開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓，且第一開關(guān)管(SI)以固定的最小開關(guān)頻率和固定的最小關(guān)斷時間開關(guān)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種升降壓直流變換器控制方法，其特征·在于，在升降壓變換器工作于降壓模式時，若第一開關(guān)管(SI)的關(guān)斷時間未達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(SI)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第一開關(guān)管(SI)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第一開關(guān)管(SI)的開通時間，若第一開關(guān)管(SI)的關(guān)斷時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第一開關(guān)管(SI)的關(guān)斷時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，減小第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率，輸入電壓增加時，增加第一開關(guān)管(SI)的開關(guān)頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種升降壓直流變換器控制方法，其特征在于，在升降壓變換器工作于升壓模式時，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間未達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率固定且為最大值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，増加第三開關(guān)管(S3)的開通時間，輸入電壓增加時，減小第三開關(guān)管(S3)的開通時間，若第三開關(guān)管(S3)的開通時間達(dá)到設(shè)定的最小值，則第三開關(guān)管(S3)的開通時間固定且為設(shè)定的最小值，此時通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓減小時，增加第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率,輸入電壓增加時,減小第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種升降壓直流變換器控制方法，其特征在于，所述第一開關(guān)管(SI)和第三開關(guān)管(S3)的開關(guān)頻率均不大于設(shè)定的最大值且不小于設(shè)定的最小值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種升降壓直流變換器控制方法，屬電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。該控制方法基于升降壓直流變換器實(shí)施，其包括(1)輸入電壓大于(小于)輸出電壓時，調(diào)節(jié)S1(S3)的開關(guān)頻率或開通(關(guān)斷)時間調(diào)節(jié)輸出電壓；(2)S1、S2互補(bǔ)導(dǎo)通，S3、S4互補(bǔ)導(dǎo)通；(3)S1的開關(guān)頻率達(dá)到最大值時，固定S1的開關(guān)頻率，調(diào)節(jié)S1的開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓；(4)S1的關(guān)斷時間達(dá)到最小值時，固定S1的關(guān)斷時間，調(diào)節(jié)S1的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出電壓；(5)S3的開通時間達(dá)到最小值時，固定S3的開通時間，調(diào)節(jié)S3的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)輸出電壓；(6)S3的開關(guān)頻率達(dá)到最大值時，固定S3的開關(guān)頻率，調(diào)節(jié)S3的開通時間調(diào)節(jié)輸出電壓。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同工作模態(tài)平滑切換且能夠改善變換器變換效率。
文檔編號H02M3/155GK102857096SQ20111018456
公開日2013年1月2日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
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